JPH11204802A - Manufacturing thin film transistor - Google Patents

Manufacturing thin film transistor

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JPH11204802A JP29851698A JP29851698A JPH11204802A JP H11204802 A JPH11204802 A JP H11204802A JP 29851698 A JP29851698 A JP 29851698A JP 29851698 A JP29851698 A JP 29851698A JP H11204802 A JPH11204802 A JP H11204802A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve parasitic capacitance between a source electrode and pixel and feed-through voltage, greatly reduce variations of an element size between cells and performance, and reduce overall size of an element. SOLUTION: Radiant filter islands 112 are formed on a semiconductor substrate by the back side lithography. The radiant filter islands 112 permit a light at a wavelength in the lithography to pass through but reflect or do not permit a laser wavelength to pass through. By the laser-assisted doping method, a dopant is implanted in a source and drain regions 132, 134 to self-aligningly form the two regions. Then a source and drain electrodes are formed on the two regions, hence the overlap of the source electrode and the drain electrode with the gate region disappears, and a parasitic capacitance and a feed-type voltage can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、薄膜トランジス
タの製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般にボトムゲート形トランジスタ構造
においては、金属のゲート材が基板上に形成される。基
板は紫外(UV)光を透過させ、ゲート金属は透過させ
ない。絶縁層がゲート金属上に形成され、チャネル形成
用の活性材料層がこの絶縁層上に成膜される。活性材料
層の例として、真性水素化アモルファスシリコン(a−
Si:H)あるいは他の類似の材料がある。窒化物保護
層が前記活性材料層上に成膜され、次工程でこの保護層
からアイランドが形成される。これらの各付加層も一般
にUV光を透過させる。次にフォトレジスト層が前記保
護層上に成膜される。この後UV光が基板、絶縁層、活
性材料層、および保護層を通して照射される。このUV
光はゲート金属で遮蔽された領域以外のフォトレジスト
に達して、該フォトレジストを露光する。次いでこのU
V光で露光された領域のフォトレジストの現像が行われ
る。このパターン形成されたフォトレジストをマスクに
用いて窒化物保護層がエッチングされる。このエッチン
グは、前記フォトレジストの露光がゲート金属で遮蔽さ
れた部分以外(若干の側面エッチングを除いて)の全て
の領域について行われる。これによって窒化物保護アイ
ランドが形成され、このアイランドはゲート電極で範囲
を規定されている。以後、この部分の構造を「自己整合
的」とする。
2. Description of the Related Art Generally, in a bottom-gate transistor structure, a metal gate material is formed on a substrate. The substrate transmits ultraviolet (UV) light and does not transmit gate metal. An insulating layer is formed on the gate metal, and an active material layer for forming a channel is formed on the insulating layer. As an example of the active material layer, intrinsic hydrogenated amorphous silicon (a-
Si: H) or other similar materials. A nitride protective layer is deposited on the active material layer, and islands are formed from the protective layer in the next step. Each of these additional layers also generally transmits UV light. Next, a photoresist layer is formed on the protective layer. Thereafter, UV light is irradiated through the substrate, the insulating layer, the active material layer, and the protective layer. This UV
The light reaches the photoresist outside of the area shielded by the gate metal, exposing the photoresist. Then this U
The development of the photoresist in the region exposed by the V light is performed. The nitride protective layer is etched using the patterned photoresist as a mask. This etching is performed on all regions except for the portions where the exposure of the photoresist is shielded by the gate metal (except for some side etching). This forms a nitride protection island, which is delimited by the gate electrode. Hereinafter, the structure of this portion is referred to as “self-aligned”.

【0003】次に、接点層(例えばn+になるようにド
ーピングされたa−Si:Hなど)が前記各層上に成膜
される。続いてリソグラフィ(または他の類似の工法)
を用いて、ゲート金属上に位置した部分の接点層が大ま
かに除去される。ドーピングされたa−Si:Hを真性
a−Si:H上で選択的にエッチングする(すなわち前
者を除去して後者を除去しない)ことは困難であるた
め、表層の保護用アイランドをエッチング防止材に用い
てソースおよびドレイン電極を形成する。完成した構造
を図1(a)および図1(b)に示す。図において、薄
膜トランジスタ(TFT)10は、基板12、基板12
上に形成されたゲート金属14、ゲート絶縁層16、活
性層18、表面保護用アイランド20、ドレイン電極2
2、およびソース電極24からなる。しかしながら、前
述したようにドーピングされたa−Si:Hと真性a−
Si:Hとの選択的なエッチングの制御は困難であるた
め、オーバラップ28および30に示すように、これま
ではドーピングされたa−Si:Hだけをエッチングし
て、一定量のドーピングされたa−Si:Hが保護用ア
イランド20にオーバラップして残るようにされてい
た。したがって、この部分の構造は自己整合的ではな
い。
Next, a contact layer (for example, a-Si: H doped to be n +) is formed on each of the above layers. Followed by lithography (or other similar techniques)
Is used to roughly remove the portion of the contact layer located on the gate metal. Since it is difficult to selectively etch doped a-Si: H on intrinsic a-Si: H (i.e., remove the former and not remove the latter), the protective island on the surface layer is etched away with an etch-stop material. To form source and drain electrodes. The completed structure is shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). In the figure, a thin film transistor (TFT) 10 includes a substrate 12, a substrate 12
Gate metal 14, gate insulating layer 16, active layer 18, surface protection island 20, drain electrode 2 formed thereon
2 and a source electrode 24. However, doped a-Si: H and intrinsic a-
Since it is difficult to control the selective etching with Si: H, as shown in overlaps 28 and 30, only the previously doped a-Si: H is etched to provide a certain amount of doped a-Si: H. The a-Si: H was left so as to overlap the protection island 20. Therefore, the structure of this part is not self-aligned.

【0004】オーバラップ28および30を残すことに
よってドーピングされたa−Si:Hを通した真性a−
Si:H内のエッチングの問題は軽減されるが、いくつ
かの理由によりゲート金属上を覆う接点層はできるだけ
多く除去されるべきである。第一の理由は、ソースおよ
びドレイン電極間の隙間26が大きくなると、両電極間
の電気的絶縁性が向上することである。第二の理由は、
トランジスタのチャネル長はトランジスタの動作特性、
材料およびその他のパラメータによって事前設定される
ことである。オーバラップ28および30はチャネル長
を長くし、結果として、構造全体の大きさが大きくな
る。例えば、チャネル26、オーバラップ28および3
0の各長さが5マイクロメータ(μm)以上で、全体で
15μm以上になることがある。今日の競合の激しいア
クティブマトリクス薄膜センサセルでは、光センサや電
気接続端子を含んだ両端の長さが約50μm以下になる
ようにされる。したがって、オーバラップを少なくする
ことによりトランジスタ長が縮小し、その結果セル内の
検出器用材料の領域および(あるいは)所定寸法のアレ
ー中のセル数を増加させることができる。
[0004] Intrinsic a- through doped a-Si: H by leaving overlaps 28 and 30
While the problem of etching in Si: H is reduced, the contact layer over the gate metal should be removed as much as possible for several reasons. The first reason is that the larger the gap 26 between the source and drain electrodes, the better the electrical insulation between the two electrodes. The second reason is
The channel length of the transistor depends on the operating characteristics of the transistor,
It is to be preset by the material and other parameters. The overlaps 28 and 30 increase the channel length and, as a result, increase the overall size of the structure. For example, channel 26, overlaps 28 and 3
Each length of 0 is 5 micrometers (μm) or more, and may be 15 μm or more in total. In today's fiercely competitive active matrix thin film sensor cells, the length of both ends including the optical sensor and the electric connection terminal is set to be about 50 μm or less. Thus, by reducing the overlap, the transistor length can be reduced, thereby increasing the area of detector material in the cell and / or the number of cells in an array of a given size.

【0005】最後にもっとも重要な問題として、寄生容
量の形成の問題がある。この寄生容量は、ソースまたは
ドレイン電極材料とゲート材料間のオーバラップした箇
所に形成される。寄生容量を図2の、表示装置あるいは
感知装置用のセル50についての概略回路図に示す。セ
ル50はTFT52を備え、TFT52はセルアドレス
用のスイッチとして機能する。TFT52のゲート54
はゲートライン60に接続され、TFT52のドレイン
56はデータライン62に接続される。TFT52のソ
ース58はセンサ素子(p−i−n光検出器など、図示
せず)あるいは表示素子(液晶層構造など、図示せず)
のいずれかに接続される。図2ではこれらの素子をまと
めて画素66とする。
[0005] Finally, the most important problem is the problem of formation of parasitic capacitance. This parasitic capacitance is formed at an overlapping portion between the source or drain electrode material and the gate material. The parasitic capacitance is shown in the schematic circuit diagram of FIG. 2 for a cell 50 for a display or sensing device. The cell 50 includes a TFT 52, and the TFT 52 functions as a switch for cell address. Gate 54 of TFT 52
Is connected to the gate line 60, and the drain 56 of the TFT 52 is connected to the data line 62. The source 58 of the TFT 52 is a sensor element (not shown, such as a pin photodetector) or a display element (not shown, such as a liquid crystal layer structure).
Connected to either In FIG. 2, these elements are collectively referred to as a pixel 66.

【0006】図1(a)に示したオーバラップ28およ
び30の影響によってソースおよびゲート間に寄生容量
(キャパシタ64)が発生する。この寄生容量は画素電
極上のフィードスルー電圧の発生原因となり、表示素子
の場合は画像のちらつき(オフ状態からオン状態への遷
移異常)と焼き付き(オン状態からオフ状態への遷移異
常)が発生する。センサ素子の場合は、寄生容量は読み
出しノイズの原因になる。
A parasitic capacitance (capacitor 64) is generated between the source and the gate due to the influence of the overlaps 28 and 30 shown in FIG. This parasitic capacitance causes a feed-through voltage on the pixel electrode. In the case of a display element, flickering of the image (abnormal transition from OFF to ON) and burn-in (abnormal transition from ON to OFF) occur. I do. In the case of a sensor element, the parasitic capacitance causes read noise.

【0007】図3に寄生容量とフィードスルー電圧によ
るいくつかの悪影響を示す。図3には、時刻t1からt5
にかけてのTFT52のゲート54電圧Vgとドレイン
56の電圧Vdが示されている。また図3には、実線で
表した画素66における実電圧Vpixと一点鎖線で表し
た画素66における理想電圧Videalも示されている。
時刻t1で、データライン62の電圧レベルはハイ(通
常5〜10V)である。一方、ゲートライン60の電圧
レベルはロー(通常0V)である。したがって、TFT
52のチャネルは閉じており、電圧がデータライン62
と画素66間にかかることはなく、例えば典型的なバッ
クライト付き液晶表示素子の場合は、前記画素は不透明
すなわちオフ状態である。
FIG. 3 shows some adverse effects of parasitic capacitance and feedthrough voltage. FIG. 3 shows that from time t 1 to t 5
Voltage V d of the gate 54 voltage V g and the drain 56 of the TFT52 the subjected is shown. FIG. 3 also shows the actual voltage V pix at the pixel 66 represented by the solid line and the ideal voltage V ideal at the pixel 66 represented by the dashed line.
At time t 1, the voltage level of the data line 62 is high (typically 5~10V). On the other hand, the voltage level of the gate line 60 is low (normally 0 V). Therefore, TFT
Channel 52 is closed and the voltage is
It does not span between pixel and pixel 66, for example, in the case of a typical backlit liquid crystal display, the pixel is opaque or off.

【0008】時刻t2では、データライン62の電圧レ
ベルはハイのままであるが、ゲートライン60の電圧レ
ベルはローからハイ(通常10〜15V)に移行する。
この結果TFT52のチャネルが開く。この結果データ
ライン62から画素66にかけて電圧が印加され、バッ
クライト付き液晶の場合は画素66が透明すなわちオン
状態になる。画素66は、通常Cpixで示した一定の固
有容量をもつ。また、TFTと画素とが集積された構造
構成であるため、TFT52のソース電極と画素電極間
には通常オーバラップが存在する。このため、ソースと
画素の間にCpi xと並列な容量Csが生じる。しかしなが
ら先に述べたように、ソース58とゲート54間にはオ
ーバラップ30(図1(a))に起因する容量も存在す
る。ゲート54はゲートライン60に接続され、ソース
58は画素66の電極に接続されている。前記容量は、
ゲートライン60と画素66間の容量Cgsで表される
(図2)。したがって、時刻t2と時刻t3の間では想定
通りの電圧が画素66にかかる。
At time t 2 , the voltage level on data line 62 remains high, but the voltage level on gate line 60 transitions from low to high (typically 10-15V).
As a result, the channel of the TFT 52 is opened. As a result, a voltage is applied from the data line 62 to the pixel 66, and in the case of a liquid crystal with a backlight, the pixel 66 is transparent, that is, turned on. The pixel 66 has a constant specific capacitance usually indicated by C pix . In addition, since the TFT and the pixel have an integrated structure, there is usually an overlap between the source electrode and the pixel electrode of the TFT 52. Therefore, C pi x parallel capacitance C s between the source and the pixel is generated. However, as described above, there is a capacitance between the source 58 and the gate 54 due to the overlap 30 (FIG. 1A). The gate 54 is connected to the gate line 60, and the source 58 is connected to the electrode of the pixel 66. The capacity is
It is represented by the capacitance C gs between the gate line 60 and the pixel 66 (FIG. 2). Thus, between time t 2 and time t 3 the voltage as expected is applied to the pixel 66.

【0009】時刻t3で、ゲートライン60の電圧レベ
ルはローにスイッチされる。これによりTFT52のチ
ャネル中の電荷は消失する。しかしながら、この時刻で
gsの両端に電位差があり、この電位差によってCpix
に蓄えられた電荷の一部がCg sに再分布し、電圧降下Δ
pが発生する。この電圧降下をフィードスルー電圧と
する。時刻t4で、データライン62の電圧レベルはロ
ーであり、ゲートライン60の電圧レベルはローからハ
イにスイッチされる。この結果TFT52のチャネルは
再び開く。しかしながら、データライン62の電圧レベ
ルはローであるため、容量Cpix、CsおよびCgsはデー
タライン62のライン電圧レベルまで放電され、これに
より画素66はオフにスイッチされる。時刻t5で、ゲ
ートライン60とデータライン62の電圧は共にローで
ある。しかしながら、この場合もCgsの両端に電位差が
あり、この電位差によってCgsから画素66に電荷が再
分布して、別のフィードスルー電圧降下ΔVpが発生す
る。
At time t 3 , the voltage level on gate line 60 is switched low. Thereby, the charge in the channel of the TFT 52 disappears. However, at this time, there is a potential difference between both ends of C gs , and due to this potential difference, C pix
Some of the charge stored in the redistribution into C g s , the voltage drop Δ
V p occurs. This voltage drop is defined as a feedthrough voltage. At time t 4 , the voltage level on data line 62 is low and the voltage level on gate line 60 is switched from low to high. As a result, the channel of the TFT 52 opens again. However, since the voltage level of data line 62 is low, capacitances C pix , C s and C gs are discharged to the line voltage level of data line 62, thereby switching pixel 66 off. At time t 5, the voltage of the gate line 60 and data line 62 are both low. However, also in this case, there is a potential difference between both ends of C gs , and this potential difference causes redistribution of charges from C gs to the pixels 66, causing another feedthrough voltage drop ΔV p .

【0010】理想的には、一点鎖線Videalで示すよう
にオフ状態の電圧とオン状態の電圧は一定である。しか
しながら、ゲート電極にオーバラップしたソース電極の
影響で生じる寄生容量がこの理想的な応答を得ることを
妨げる。実際には、時刻t3でゲート電圧レベルがハイ
からローに変化する時は、データライン62で設定され
た値からの電圧降下が生じる。表示装置の場合は、この
フィードスルー電圧によって前述の画像「ちらつき」
(オフ状態からオン状態に移る時の明るさの変動)が発
生する。同様に、時刻t5では、フィードスルー電圧は
pixおよびCsの完全な放電を妨げ、前述の画像の「焼
き付き」(残留電圧、この場合はオン状態からオフ状態
に移る時の表示画素中の光透過)が発生する。
Ideally, the off-state voltage and the on-state voltage are constant, as indicated by the dashed line V ideal . However, the parasitic capacitance caused by the influence of the source electrode overlapping the gate electrode prevents obtaining this ideal response. In fact, when the gate voltage level at time t 3 is changed from high to low, the voltage drop from the value set by data line 62 occurs. In the case of a display device, the aforementioned image “flickering” is caused by this feedthrough voltage.
(Fluctuation in brightness at the time of transition from the OFF state to the ON state) occurs. Similarly, at time t 5 , the feed-through voltage prevents the complete discharge of C pix and C s and causes the “burn-in” (residual voltage, in this case, in the display pixel when going from on to off) of the aforementioned image. Light transmission) occurs.

【0011】同様に、セル50をセンサ装置に適用した
場合は、前述の容量とフィードスルー電圧による諸現象
がセンサノイズの原因になる。すなわち、Cgsを通した
ゲートライン60からのフィードスルー電圧が画素66
からの読み出し電圧に加わり、信号エラーを招く。
Similarly, when the cell 50 is applied to a sensor device, the above-described phenomena caused by the capacitance and the feedthrough voltage cause sensor noise. That is, the feedthrough voltage from the gate line 60 through C gs is
In addition to the readout voltage from the readout, causing a signal error.

【0012】フィードスルー電圧の大きさはデータライ
ンでの電圧レベルの関数であり、次式で表される。
The magnitude of the feedthrough voltage is a function of the voltage level at the data line and is given by:

【0013】すなわち、That is,

【数1】ΔVp∝f(Cpix,Cgs)・Vd したがって、例えば階調表示の用途では、Vdの変化に
したがってフィードスルー電圧が変動し、さらにこの変
動がVdで想定された値からの画素応答の変動を招く。
このことは、表示装置と感知装置の両方の用途において
階調レベルの制御が一様でないことを意味する。
ΔV p ∝f (C pix , C gs ) · V d Therefore, for example, in a gradation display application, the feedthrough voltage fluctuates according to the change in V d , and this change is assumed to be V d. The pixel response from the value.
This means that the gray level control is not uniform in both display and sensing device applications.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】したがって、新規改良
された薄膜トランジスタ構造およびその製作方法が必要
とされる。前記構造は、ソースおよびドレインとゲート
電極との双方の間におけるオーバラップを解消したもの
である。この構造物の配列の、TFTスイッチ画素にお
いては、該構造により素子性能の著しい向上が得られ
る。この素子性能の向上はソース電極と画素間の寄生容
量とフィードスルー電圧が解消されることによる。また
セル間での素子寸法や性能の変動が著しく低減されると
共に、素子の外形寸法を小さくすることができる。
Therefore, there is a need for a new and improved thin film transistor structure and method of making the same. The structure eliminates the overlap between both the source and drain and the gate electrode. In a TFT switch pixel having such an arrangement of the structures, a remarkable improvement in element performance can be obtained by the structure. This improvement in device performance is due to the elimination of the parasitic capacitance and the feedthrough voltage between the source electrode and the pixel. In addition, variations in element dimensions and performance between cells are significantly reduced, and the external dimensions of the element can be reduced.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、電極間のオー
バラップのない改良された薄膜トランジスタを提供する
方法に関するものである。ソース電極とゲート電極間の
寄生容量とフィードスルー電圧は、本構造において著し
く低減もしくは解消される。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method of providing an improved thin film transistor with no overlap between electrodes. The parasitic capacitance between the source electrode and the gate electrode and the feedthrough voltage are significantly reduced or eliminated in this structure.

【0016】本発明によって得られる特長として、表示
装置における画像のちらつきと焼き付きの減少、画像形
成装置における読み出しノイズの低減、および表示装置
と画像形成装置の両方における階調レベル特性の向上が
ある。また本発明によりTFT画素スイッチの寸法を小
さくすることができる。
The features obtained by the present invention include a reduction in flicker and burn-in of an image in a display device, a reduction in readout noise in an image forming device, and an improvement in gradation level characteristics in both the display device and the image forming device. Further, according to the present invention, the size of the TFT pixel switch can be reduced.

【0017】本発明はレーザドーピング法を用いて自己
整合的なTFTのソースおよびドレイン領域を形成する
ものである。ドーピング用マスクは光学フィルタによっ
て形成され、この光学フィルタは、ドーピング工程で使
われる放射源(例えばレーザ)の波長(例えば約308
nm)を反射し、リソグラフィの波長(例えば約400
nm)を透過させるものである。自己整合的なドーピン
グマスクはチャネルの保護用アイランドとしても機能す
る。製造工程全体は現在の大面積素子の製造工程と同様
のものである。
According to the present invention, a self-aligned source and drain region of a TFT is formed by using a laser doping method. The doping mask is formed by an optical filter, which filters the wavelength (eg, about 308) of the radiation source (eg, laser) used in the doping process.
nm) and reflect the lithographic wavelength (eg, about 400 nm).
nm). The self-aligned doping mask also functions as a protective island for the channel. The entire manufacturing process is similar to the current manufacturing process for large area devices.

【0018】一実施形態においては、ゲート電極をマス
クに用いて裏面リソグラフィにより保護用アイランドが
形成される。次いで前面レーザドーピングを用いてTF
T内のチャネルにきわめて近接した領域にドーピングが
行われ、これによりゲート電極をマスクに用いてソース
およびドレイン領域を形成する時の端部の陰影効果とい
う問題は解決される。別の実施形態においては、ガス侵
入式(ガスイマージョン)レーザドーピング法によって
TFTのチャネル最近傍の領域にドーピングを施し、こ
の場合も放射フィルタをマスクに用いてTFTのチャネ
ル領域を保護する。また別の実施形態では、ドーパント
材料からなる表面層をTFT構造上に成膜し、この後レ
ーザエネルギーによってドーピングを行うと共に構造を
電気的に活性化させる。この場合も放射フィルタをマス
クに用いてTFTのチャネル領域を保護する。さらに別
の実施形態では、注入処理によってドーパント原子をT
FT構造中に注入した後、レーザアニールによって構造
を電気的に活性化させると共に、前記注入処理の影響で
生じた損傷を修復する。この場合もまた、放射フィルタ
をマスクに用いてTFTのチャネル領域を保護する。
In one embodiment, a protective island is formed by backside lithography using the gate electrode as a mask. Then TF using front side laser doping
Doping is performed in the region very close to the channel in T, which solves the problem of edge shading when forming the source and drain regions using the gate electrode as a mask. In another embodiment, the region of the TFT closest to the channel is doped by a gas immersion laser doping method, again using a radiation filter as a mask to protect the channel region of the TFT. In another embodiment, a surface layer of a dopant material is deposited on the TFT structure, and then doped with laser energy to electrically activate the structure. Also in this case, the channel region of the TFT is protected by using the radiation filter as a mask. In yet another embodiment, the implantation process converts dopant atoms to T
After the implantation into the FT structure, the structure is electrically activated by laser annealing, and the damage caused by the influence of the implantation process is repaired. Also in this case, the radiation filter is used as a mask to protect the channel region of the TFT.

【0019】また残留不純物による側壁の漏洩電流も減
少する。前記漏洩電流の減少は、最表面の保護層をパタ
ーン形成してエッチングマスクとして使用し、次いで活
性層の側壁をエッチングして不純物を除去することによ
り得られる。前記最表面の保護層は適当な寸法、すなわ
ち現在のマスク位置合わせ技術の許容範囲内での位置合
わせが可能な寸法を有している。
Also, the leakage current of the side wall due to the residual impurities is reduced. The reduction of the leakage current is obtained by patterning the protective layer on the outermost surface and using it as an etching mask, and then etching the side wall of the active layer to remove impurities. The outermost protective layer has appropriate dimensions, i.e., dimensions that allow alignment within the tolerances of current mask alignment technology.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図4(a)および図4(b)に、
本発明の一実施形態による製造工程の各ステップを、製
作したTFT構造100の構造と併せて示す。本発明に
よるTFTの製造初期の各ステップは従来工程によるも
のと同じである。具体的には、チャネル長が3〜15μ
mの金属ゲート層(例えばCr、TiW、MoCr他)
がガラス(例えばCorning Glass社(日
本)製Corning 1737)または石英などの透
明基板104上に400Å〜1000Å程度の厚さに形
成される。この層形成は、スパッタ成膜および標準的な
リソグラフィ手法および湿式エッチングによって行われ
る。金属ゲート層は公知の処理によってパターン化さ
れ、金属ゲート電極102が形成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 4A and 4B show
Each step of the manufacturing process according to one embodiment of the present invention is shown together with the structure of the manufactured TFT structure 100. Each step in the initial stage of manufacturing the TFT according to the present invention is the same as that in the conventional process. Specifically, the channel length is 3 to 15 μm.
m metal gate layer (eg, Cr, TiW, MoCr, etc.)
Is formed to a thickness of about 400 to 1000 mm on a transparent substrate 104 such as glass (for example, Corning 1737 manufactured by Corning Glass (Japan)) or quartz. This layer is formed by sputter deposition and standard lithographic techniques and wet etching. The metal gate layer is patterned by a known process to form the metal gate electrode 102.

【0021】金属ゲート電極102上に、窒化シリコン
のゲート絶縁層106がプラズマ強化(プラズマエンハ
ンスト)化学的気相成長法によって約350℃で約30
00Åの厚さに形成される。ゲート絶縁層106上に、
約500Åの真性a−Si:H層108が約275℃で
成膜され、TFTのチャネルが形成される。次に放射フ
ィルタ層110が真性a−Si:H層108上に成膜さ
れる。放射フィルタ層110は、厚さと組成が精密に制
御された二次層の積層からなる。放射フィルタ層110
の機能と特徴については後に詳細に述べる。プラズマ強
化化学的気相成長法(PECVD)を用いて上記各層の
成膜が行われる。この工程段階での、該製作された構造
を図4(a)の断面図および図4(b)の平面図に示す
(層106、108および110は透明)。
On the metal gate electrode 102, a silicon nitride gate insulating layer 106 is formed by plasma-enhanced chemical vapor deposition at about 350.degree.
It is formed to a thickness of 00 °. On the gate insulating layer 106,
An about 500 ° intrinsic a-Si: H layer 108 is deposited at about 275 ° C. to form a TFT channel. Next, a radiation filter layer 110 is formed on the intrinsic a-Si: H layer 108. The radiation filter layer 110 comprises a stack of secondary layers whose thickness and composition are precisely controlled. Emission filter layer 110
The functions and features of will be described in detail later. Each of the above layers is formed using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The fabricated structure at this stage of the process is shown in the cross-sectional view of FIG. 4 (a) and the plan view of FIG. 4 (b) (layers 106, 108 and 110 are transparent).

【0022】次いで図5(a)および図5(b)に示す
ように、自己整合的放射フィルタ(または、単に放射フ
ィルタ)アイランド112が放射フィルタ層110から
形成される。フォトレジスト層(図示せず)が放射フィ
ルタ層110上に成膜される。このフォトレジスト層は
裏面露光により(すなわち透明基板104を通して)パ
ターン形成される。金属ゲート電極102はフォトレジ
スト露光用の光を透過させないため、露光マスクとして
の機能を果たす。後述するように、放射フィルタ層11
0はフォトレジスト露光用の光を相当程度透過させるた
め、フォトレジストは、金属ゲート電極102上に重な
った部分以外は露光される。現像液を用いてフォトレジ
ストが表面から現像され、緩衝剤処理されたHFエッチ
ング液を用いて放射フィルタ110のエッチングが行わ
れ、アイランド112が形成される。
Next, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), a self-aligned radiation filter (or simply radiation filter) island 112 is formed from the radiation filter layer 110. FIG. A photoresist layer (not shown) is deposited on the radiation filter layer 110. The photoresist layer is patterned by back exposure (ie, through transparent substrate 104). Since the metal gate electrode 102 does not transmit light for photoresist exposure, it functions as an exposure mask. As described later, the radiation filter layer 11
0 transmits the photoresist exposure light to a considerable extent, so that the photoresist is exposed except for the portion overlapping the metal gate electrode 102. The photoresist is developed from the surface using a developer, and the radiation filter 110 is etched using a buffered HF etchant to form islands 112.

【0023】次の工程で、素子のソース/ドレインの接
点用導電層が形成される、本発明の範囲内で、自己整合
的TFTソース/ドレイン領域を形成するためには、い
くつかの方法がある。次にいくつかの例示的な実施形態
を記述する。
In the next step, a conductive layer for the source / drain contacts of the device is formed. Within the scope of the present invention, there are several methods for forming self-aligned TFT source / drain regions. is there. Next, some exemplary embodiments will be described.

【0024】一つの実施形態において、レーザドーピン
グとして言及される方法が、半導体材料へのドーピング
に使用され、レーザアブレーションを用いて比較的高エ
ネルギーのドーパント原子が生成される。レーザパルス
が、ドーピングされる元素を含んだ半透明のソース層上
に照射される(このソース層はパターン形成されていて
もよく、またPSiなどのn形またはBSiなどのp形
のいずれでもよい)。前記ソース層は基板のごく近傍に
設けられる。レーザビーム印加の間に、ソース層内のド
ーパント原子が高エネルギー化する。また、このレーザ
ビームはドーピングされる領域の基板の表面層を短時間
局部溶融させる。この短時間の溶融の間に、高エネルギ
ー化したドーパント原子が溶融した基板表面層内に入り
込む。この溶融した層が固化する時に、ドーパント原子
が層内に分布して電気的に活性化する。前記ドーピング
処理の間の高温サイクルは数十ナノ秒と短いため、この
工法は実質的に低温製造と変わらない。このことはa−
Si:H TFTの製造において特に重要な意味をも
つ。
In one embodiment, a method referred to as laser doping is used for doping semiconductor materials, wherein relatively high energy dopant atoms are generated using laser ablation. A laser pulse is applied to the translucent source layer containing the element to be doped (this source layer may be patterned and may be either n-type such as PSi or p-type such as BSi ). The source layer is provided very close to the substrate. During the application of the laser beam, the energy of the dopant atoms in the source layer increases. The laser beam also locally melts the surface layer of the substrate in the region to be doped for a short time. During the melting in a short time, the dopant atoms of high energy enter into the melted substrate surface layer. When the molten layer solidifies, the dopant atoms are distributed within the layer and become electrically activated. Since the high-temperature cycle during the doping process is as short as tens of nanoseconds, this method is substantially the same as low-temperature manufacturing. This is a-
This is particularly important in the manufacture of Si: H TFTs.

【0025】図6に示すように、レーザドーピングの開
始時に先ずa−Si:H層108の上側表面116の近
傍にソース薄膜114が設置される。ソース薄膜114
は一般にリンとシリコンの合金からなり、この合金を用
いてa−Si:H層108中の選択された領域にドーピ
ングが行われ、該領域がn形にされる。ソース薄膜11
4は担持体118の一方の表面上に均一に分布してお
り、前記担持体118はガラスまたは石英などのレーザ
ビームを透過させる性質のものである。ソース薄膜11
4を担持した担持体118が上側表面116にごく近接
して設置され、ソース薄膜114が上側表面116に向
き合うようにされる。ソース薄膜114と上側表面11
6間の隙間120は、最小でアイランド112の厚さ1
22に等しく(例えば約0.5mm)、最大で数mmで
ある。スペーサ124および(あるいは)アイランド1
12が、隙間120の大きさを決定する。一般に、ソー
ス薄膜114と上側表面116間の隙間が小さくなる
程、a−Si:H層108中に含まれるドーパント原子
の数が増える。
As shown in FIG. 6, at the start of laser doping, a source thin film 114 is first placed near the upper surface 116 of the a-Si: H layer 108. Source thin film 114
Is generally made of an alloy of phosphorus and silicon, and using this alloy to dope selected regions in the a-Si: H layer 108 to render the regions n-type. Source thin film 11
Numerals 4 are uniformly distributed on one surface of the carrier 118, and the carrier 118 has a property of transmitting a laser beam such as glass or quartz. Source thin film 11
A carrier 118 carrying 4 is placed in close proximity to the upper surface 116 such that the source thin film 114 faces the upper surface 116. Source thin film 114 and upper surface 11
6 has a minimum thickness of island 112 of 1
22 (eg, about 0.5 mm), up to several mm. Spacer 124 and / or island 1
12 determines the size of the gap 120. Generally, the smaller the gap between the source thin film 114 and the upper surface 116, the more the number of dopant atoms contained in the a-Si: H layer 108.

【0026】ソース薄膜114が適切に設置されると、
レーザビームBが担持体118の上方からソース薄膜1
14中の領域126上に照射される。あるいは、該レー
ザで層114全体の両端を走査してもよい。この処理の
間に、レーザがソース薄膜114をアブレーションし、
高エネルギー化したドーパント原子を隙間120内に放
つ。このドーパント原子は100eV以上の運動エネル
ギーを有している。この処理に適したレーザとして約3
08nmの波長のXeClエキシマレーザがある。ソー
ス薄膜114の例としてPSiがあり、このPSiはプ
ラズマ強化化学的気相成長法によって担持体118上に
約250℃で約100Åの厚さに成膜される。
When the source thin film 114 is properly installed,
The laser beam B is applied from above the carrier 118 to the source thin film 1.
Irradiated on the area 126 in FIG. Alternatively, both ends of the entire layer 114 may be scanned by the laser. During this process, the laser ablates source thin film 114,
The high energy dopant atoms are released into the gap 120. This dopant atom has a kinetic energy of 100 eV or more. About 3 lasers suitable for this process
There is a XeCl excimer laser with a wavelength of 08 nm. An example of the source thin film 114 is PSi, which is deposited on the carrier 118 at about 250 ° C. to a thickness of about 100 ° by plasma enhanced chemical vapor deposition.

【0027】ソース薄膜114のアブレーションに加え
て、前記レーザのエネルギーは上側表面116中のレー
ザ入射部分をも溶かす。重要なことは、アイランド11
2が(例えば干渉を経た反射の作用により)レーザビー
ムBを透過させないことである。このために、アイラン
ド112下の領域すなわちチャネル130はレーザビー
ムによる損傷を受けない。一方、領域126の下方では
ドーパント原子が層108内に入り、それによって例え
ばn+にドーピングされたソース領域132とn+にド
ーピングされたドレイン領域134を形成する。これに
より、従来技術で解決不能であった、ゲート電極端部の
陰に隠されることによってチャネル最近傍の材料にレー
ザが届かないという問題が解決される。
In addition to ablation of the source film 114, the energy of the laser also melts the portion of the upper surface 116 where the laser is incident. The important thing is Island 11
2 is that the laser beam B is not transmitted (for example, by the effect of reflection via interference). Because of this, the region under the island 112, ie, the channel 130, is not damaged by the laser beam. On the other hand, below region 126, dopant atoms enter layer 108, thereby forming, for example, n + doped source region 132 and n + doped drain region 134. This solves the problem that the laser cannot reach the material closest to the channel due to being hidden behind the end of the gate electrode, which cannot be solved by the related art.

【0028】またこのことは本発明の重要な特徴の一つ
を明確に表している。つまり、放射フィルタ層110を
形成する材料は層110上に成膜されたフォトレジスト
露光用の輻射光(例えば波長約400nmの光)を相当
程度透過させ、これによってアイランド112が形成さ
れるようにする必要があるが、同時にソース薄膜114
および局部溶融される上側表面116のアブレーション
に使用されるレーザ光(例えば波長約308nmのレー
ザ光)を相当程度透過させないことが必要なことであ
る。このため、「放射フィルタ」は、(a)フォトレジ
ストを露光するために使われる輻射光を透過すること
と、(b)一つ又は一以上の層をある部分を融除し、そ
して/または溶融するために使用される輻射光(例え
ば、レーザ光)を反射(または吸収)することのどちら
も可能な構造として定義される。
This clearly shows one of the important features of the present invention. In other words, the material forming the radiation filter layer 110 transmits a considerable amount of radiation light (for example, light having a wavelength of about 400 nm) for photoresist exposure formed on the layer 110, thereby forming the island 112. It is necessary to perform
Also, it is necessary that the laser light used for ablation of the upper surface 116 to be locally melted (for example, laser light having a wavelength of about 308 nm) is not substantially transmitted. To this end, a "radiation filter" comprises: (a) transmitting the radiation used to expose the photoresist; (b) ablating one or more layers of one or more layers; and / or It is defined as a structure that can both reflect (or absorb) radiation (eg, laser light) used to melt.

【0029】しかしながら、この他にもTFTのソース
またはドレインの接点用導電層の形成法として多数の形
態がある。一例として、ガス侵入式(ガスイマージョ
ン)レーザドーピング法(「GILD」)がある。図2
2に示すように、素子は放射フィルタアイランド112
を形成した段階で完成する。この後、素子は石英窓18
2を備えた真空セル180中に入れられ、該セルが真空
ポンプにより約10-6Torrに排気される。次に、ド
ーパントを含んだガス184(例えばn形ドーピング用
のPF5やp形ドーピング用のBF3など)がドーピング
処理のためにセル内に導入される。GILD法ではパル
スレーザ輻射を用いて上側表面116を急速に加熱、溶
融する。ドーピングが行われる段階は、前記ドーパント
を含んだガスが上側表面116に吸収され、さらに熱分
解して原子状になって溶融した表面物質中に拡散する時
である。表面物質の固化時に、ドーピング種は接点領域
であるソース領域132およびドレイン領域134内で
電気的に活性化する。この処理の間、a−Siチャネル
130は放射フィルタアイランド112によって保護さ
れ、レーザ輻射によって損傷および(あるいは)ドーピ
ングを受けることが防止される。
However, there are many other methods for forming the source or drain contact conductive layer of the TFT. One example is a gas intrusion (gas immersion) laser doping method ("GILD"). FIG.
As shown in FIG.
Is completed at the stage of forming. After this, the device is replaced with a quartz window 18.
2 is evacuated to about 10 -6 Torr by a vacuum pump. Next, a dopant-containing gas 184 (eg, PF 5 for n-type doping or BF 3 for p-type doping) is introduced into the cell for doping. In the GILD method, the upper surface 116 is rapidly heated and melted using pulsed laser radiation. The step of doping occurs when the gas containing the dopant is absorbed by the upper surface 116 and further thermally decomposed into atoms to diffuse into the molten surface material. Upon solidification of the surface material, the doping species are electrically activated in the source region 132 and the drain region 134, which are contact regions. During this process, the a-Si channel 130 is protected by the radiation filter island 112 to prevent damage and / or doping by laser radiation.

【0030】別の実施形態によるソースまたはドレイン
の接点形成法として、素子表面に被覆された固体ドーピ
ング種供給源層186を用いたレーザ処理があり、この
方法を図23に示す。n形ドーピング種供給源の例とし
て、リンおよびリンとシリコンの合金他がある。上記ド
ーピング種供給源層は化学的気相成長法または他の公知
の適当な方法によって成膜される。あるいは、固体ドー
ピング種供給源層186は、リンをドーピングされたス
ピン塗布によるドーピング薄膜でもよい。前述と同様に
パルスレーザ輻射を用いて(この場合は固体ドーピング
種供給源層186を通して)上側表面116を急速に加
熱、溶融し、同時にドーパント元素種を活性化する。こ
れにより原子状のドーパント種は高エネルギー化し、ド
ーピング種供給源層186近傍でのSi層の上側表面1
16の溶融した部分内に急速に拡散する。この場合も放
射フィルタアイランド112によって、TFTチャネル
130がレーザ輻射により損傷および(あるいは)ドー
ピングされることが防止される。次いで、固体ドーピン
グ種供給源層186は従来公知の方法によって除去され
る(図ではこの層の輪郭を破線で示す)。
As a method for forming a source or drain contact according to another embodiment, there is a laser treatment using a solid doping species supply layer 186 coated on the device surface, and this method is shown in FIG. Examples of sources of n-type doping species include phosphorus and alloys of phosphorus and silicon and others. The doping species source layer is formed by chemical vapor deposition or other known suitable methods. Alternatively, the solid doping species supply layer 186 may be a spin-doped thin film doped with phosphorus. As before, pulsed laser radiation (in this case, through the solid doping species source layer 186) rapidly heats and melts the upper surface 116 while activating the dopant species. This increases the energy of the atomic dopant species and increases the upper surface 1 of the Si layer near the doping species source layer 186.
It diffuses rapidly into the 16 molten parts. Again, the radiation filter island 112 prevents the TFT channel 130 from being damaged and / or doped by laser radiation. The solid doping species source layer 186 is then removed by a method known in the art (the contour of this layer is shown in broken lines in the figure).

【0031】さらに別の実施形態によるTFTのソース
またはドレインの形成法を図24および図25に示す。
この実施形態では、ドーピング種がソースまたはドレイ
ンの接点領域に注入され、注入時に放射フィルタアイラ
ンド112が注入マスクとして使用される。前記注入は
イオン注入装置あるいはイオンシャワードーピング法に
よって行われる。前者は所望のイオンと注入範囲に応じ
て質量とエネルギーを選択する機能をもち、後者は質量
選択機能をもたない。このドーピングの状況を図24に
示す。しかしながら、この注入処理は注入領域133お
よび139における結晶破壊をひき起こし、このことが
素子電流特性に悪影響を及ぼす。このため、前記注入
後、パルスレーザアニールを行って、注入による結晶破
壊等の損傷を熱効果により修復し、同時にソースおよび
ドレインの各領域132および134中のドーパントを
活性化させる。上記レーザアニール処理を図25に示
す。このレーザアニール処理の間、放射フィルタアイラ
ンド112によってTFTチャネル130のレーザによ
る損傷が防止される。輻射フィルタアイランド112が
注入マスクとレーザアニールマスクとに兼用されるた
め、ドーパントが注入される領域であるソース領域13
2およびドレイン領域134でのイオンによる損傷はア
ニールによって完全に修復される。
FIGS. 24 and 25 show a method of forming a source or a drain of a TFT according to still another embodiment.
In this embodiment, a doping species is implanted into the source or drain contact area, and the radiation filter island 112 is used as an implantation mask during the implantation. The implantation is performed by an ion implantation device or an ion shower doping method. The former has a function of selecting mass and energy according to a desired ion and an implantation range, and the latter does not have a mass selecting function. FIG. 24 shows the state of this doping. However, this implantation causes crystal breakage in the implantation regions 133 and 139, which adversely affects device current characteristics. For this reason, after the implantation, pulse laser annealing is performed to repair damage such as crystal breakage due to the implantation by a thermal effect, and at the same time, activate the dopant in the source and drain regions 132 and 134. FIG. 25 shows the laser annealing process. During this laser annealing process, the radiation filter island 112 prevents laser damage to the TFT channel 130. Since the radiation filter island 112 is also used as an implantation mask and a laser annealing mask, the source region 13 where the dopant is implanted is formed.
Damage due to ions in the second and drain regions 134 is completely repaired by annealing.

【0032】図7に、アイランド112中の一部135
の断面を示す。アイランド112(つまり放射フィルタ
層110)は二次層が数層積層された構造からなる。こ
の積層物の一例として二酸化シリコン136と窒化シリ
コン138を交互に積層したものがある。図に示すよう
に、窒化シリコンが最上層として選択される。この理由
は、窒化シリコンがレーザドーピング処理の間のドーピ
ングを阻止することで、下層材料に対する高い保護機能
が得られるためである。最下層140に窒化シリコンが
選択され、a−Si:Hチャネル上でのドーピング耐性
の向上と適正な保護とが得られるようにされる。本用途
に適したその他の材料系としてSi/SiO2、Si/
Al23、SiO2/TiO2他があり、基本的特徴とし
て、各材料対中の二つの層の各々は異なる屈折率をも
つ。得られた構造の一例としていわゆる分布反射器(D
BR)がある。別の例としていわゆるグレーデッド形D
BRがあり、このDBRにおいて材料の屈折率は材料の
厚さ方向の位置の関数として変化する。
FIG. 7 shows a portion 135 in the island 112.
1 shows a cross section of The island 112 (that is, the radiation filter layer 110) has a structure in which several secondary layers are stacked. As an example of this laminate, there is a laminate in which silicon dioxide 136 and silicon nitride 138 are alternately laminated. As shown, silicon nitride is selected as the top layer. This is because silicon nitride prevents doping during the laser doping process, thereby providing a high protection for the underlying material. Silicon nitride is selected for the lowermost layer 140 so that improved doping resistance and proper protection on the a-Si: H channel can be obtained. Other material systems suitable for this application include Si / SiO 2 , Si /
There are Al 2 O 3 , SiO 2 / TiO 2 and others, and as a basic feature, each of the two layers in each material pair has a different refractive index. As an example of the obtained structure, a so-called distributed reflector (D
BR). Another example is the so-called graded type D
There is a BR, in which the refractive index of the material changes as a function of the position in the thickness direction of the material.

【0033】各二次層の材料の種類と厚さの両方が、放
射フィルタ層110に必要な選択的な透過と反射を得る
上で重要な役割を果たす。理想的には、各酸化物および
窒化物層の光学厚さTをレーザビームBの1/4波長の
ほぼ倍数になるようにして、T=(1/4)(λ/η)
+(m/2)(λ/η)の関係を成立させ、該ビームと
の位相を整合させることにより最適な反射率が得られる
ようにする(前記式中、ηは材料の屈折率で、mは正の
整数1,2…)。例えば、酸化物層136の厚さを、
(1/4)×(308nm)×(1/1.48)=52
nmとし、窒化物層138の厚さを、(1/4)×(3
08nm)×(1/2.1)=36.7nmとする
(1.48と2.1はそれぞれ二酸化シリコンと窒化シ
リコンの屈折率)。最下層の窒化物層140の厚さは他
の各窒化物層の厚さと異なり、例えば60〜65nm程
度にして、上方の層対と位相が整合するようにされる。
すなわち、最下層140の下部の材料はSiO2または
SiNではなく、a−Si:Hであるため、層140の
厚さを上方の窒化物層と変えることで位相が整合するよ
うにされる。
Both the material type and thickness of each secondary layer play an important role in obtaining the selective transmission and reflection required for the radiation filter layer 110. Ideally, the optical thickness T of each oxide and nitride layer should be approximately a multiple of a quarter wavelength of the laser beam B, so that T = (1/4) (λ / η)
+ (M / 2) (λ / η) is established, and the optimum reflectance is obtained by matching the phase with the beam (where η is the refractive index of the material, m is a positive integer 1, 2, ...). For example, the thickness of the oxide layer 136 is
(1 /) × (308 nm) × (1 / 1.48) = 52
nm, and the thickness of the nitride layer 138 is (1 /) × (3
08 nm) × (1 / 2.1) = 36.7 nm (1.48 and 2.1 are the refractive indexes of silicon dioxide and silicon nitride, respectively). The thickness of the lowermost nitride layer 140 is different from the thickness of each of the other nitride layers, and is, for example, about 60 to 65 nm so that the phase is matched with the upper layer pair.
That is, since the material below the lowermost layer 140 is not SiO 2 or SiN but a-Si: H, the phase is matched by changing the thickness of the layer 140 to that of the upper nitride layer.

【0034】放射フィルタ層110の選択的な反射率と
透過率を得るためのもう一つの重要な因子として二次層
の層数がある。反射レベルを適正化することによりアイ
ランド112の下部のa−Si:Hチャネルが保護され
る。図8に308nmのレーザビームの反射率のシミュ
レーションを、放射フィルタアイランド112を構成す
る酸化物と窒化物の層対の数の関数で表す。本実施形態
では、必要な反射率を80%以上とした(しかし、本発
明から意図されるように、308nmのレーザ以外の放
射源を使用したり、異なるドーパント種を使用したり等
すると、この反射率は変わってくるように、、本実施形
態の80%の制限は本発明の全ての実施例を制限するも
のではない)。図8に示すように、この要求仕様は二つ
の層対からなる放射フィルタ層によって満たされる。ま
た、単一の層対でも反射率はレーザ出力その他に依存し
た関数として変化する。
Another important factor in obtaining the selective reflectance and transmittance of the radiation filter layer 110 is the number of secondary layers. By adjusting the reflection level, the a-Si: H channel under the island 112 is protected. FIG. 8 shows a simulation of the reflectivity of a 308 nm laser beam as a function of the number of oxide and nitride layer pairs that make up the radiation filter island 112. In the present embodiment, the required reflectance is set to 80% or more (however, as intended from the present invention, when a radiation source other than a 308 nm laser is used, or when a different dopant type is used, etc.) As the reflectivity varies, the 80% limit of this embodiment is not a limitation of all embodiments of the present invention). As shown in FIG. 8, this requirement is met by a radiation filter layer consisting of two layer pairs. In addition, even for a single layer pair, the reflectivity changes as a function depending on the laser output and the like.

【0035】図9(a)および図9(b)に、二つの層
対からなる放射フィルタ層110の光反射スペクトルの
シミュレーションと実測値を示す。明らかに、シミュレ
ーションは実データによく一致している。光反射率にお
けるシミュレーションと実測値の相違は、主に(1)シ
ミュレーションでは散乱が無視される(λの変化に対し
て屈折率は変化しない)と仮定し、(2)シミュレーシ
ョンでは各層における光学厚さを均一と仮定しているこ
とによる。二つの層対をもつ放射フィルタ層110は3
08nmで80%の反射率を示しており、この反射率で
a−Si:Hチャネルを十分に保護し得る。波長400
nmのUV光の透過率は約80%であり、この透過率で
自己整合的裏面リソグラフィ処理が実施可能である。二
つの層対をもつ放射フィルタ層の全厚は約241nmで
ある。この厚さは標準的な緩衝剤処理されたHF湿式エ
ッチングでの処理に適した厚さである。
FIGS. 9A and 9B show simulations and measured values of the light reflection spectrum of the radiation filter layer 110 composed of two layer pairs. Clearly, the simulation is in good agreement with the real data. The difference between the simulation and the measured value of the light reflectance is mainly based on the assumption that (1) the scattering is ignored in the simulation (the refractive index does not change with the change of λ), and (2) the optical thickness of each layer in the simulation. Due to the assumption of uniformity. The radiation filter layer 110 having two layer pairs is 3
It shows a reflectance of 80% at 08 nm, and this reflectance can sufficiently protect the a-Si: H channel. Wavelength 400
The transmittance of nm UV light is about 80%, at which transmittance a self-aligned backside lithography process can be performed. The total thickness of the radiation filter layer with two layer pairs is about 241 nm. This thickness is suitable for processing in a standard buffered HF wet etch.

【0036】最後の特徴として、本提案のアイランド1
12は標準的な絶縁材料で形成することができるため、
アイランド112をゲート絶縁層として使用することも
可能である。したがって、アイランド112はボトムゲ
ート形TFT構造だけでなくトップゲート形TFT構造
にも使用することができる。
As a final feature, the proposed island 1
12 can be made of standard insulating materials,
The island 112 can be used as a gate insulating layer. Therefore, the island 112 can be used not only for the bottom gate type TFT structure but also for the top gate type TFT structure.

【0037】TFT構造100の製造工程に戻る。約2
50℃で5〜10分程度のプラズマ水素化処理が行わ
れ、レーザドーピングによって誘起されるソース領域1
32とドレイン領域134中の欠陥が防止される。
Returning to the manufacturing process of the TFT structure 100, About 2
Plasma hydrogenation is performed at 50 ° C. for about 5 to 10 minutes, and the source region 1 induced by laser doping is formed.
32 and defects in the drain region 134 are prevented.

【0038】次に図10(a)および図10(b)に示
すように、金属ゲート電極102に接触したゲートビア
142(図10(b))がパターン形成並びにエッチン
グされる。次いでTiW/Alなどの金属接点層(図示
せず)が構造上に成膜される。この後、この金属層が標
準的なリソグラフィおよび湿式エッチング、あるいは従
来公知の他の工法によってパターン形成ならびにエッチ
ングされて、ソース電極144とドレイン電極146が
形成される。金属電極144,146の端部とアイラン
ド112の端部との間隔(Δxで示す)は5μm以上の
長さにされる。
Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a gate via 142 (FIG. 10B) in contact with the metal gate electrode 102 is patterned and etched. Next, a metal contact layer (not shown) such as TiW / Al is deposited on the structure. Thereafter, the metal layer is patterned and etched by standard lithography and wet etching, or other conventionally known methods, to form a source electrode 144 and a drain electrode 146. The distance (indicated by Δx) between the end of the metal electrodes 144 and 146 and the end of the island 112 is set to 5 μm or more.

【0039】図11(a)および図11(b)に示すよ
うに、窒化シリコンまたは二酸化シリコン148からな
る保護層がPECVDによって成膜され、さらにパター
ン形成されてTFT構造100の幅が規定される。最後
に、シリコンエッチングによりTFT構造100が完成
する。前記シリコンエッチングは、ソース電極144、
ドレイン電極146、ゲートビア142、およびパター
ン形成された窒化シリコンまたは二酸化シリコン148
によって覆われた領域以外の全a−Si:Hを除去する
ものである。
As shown in FIGS. 11A and 11B, a protective layer made of silicon nitride or silicon dioxide 148 is formed by PECVD and further patterned to define the width of the TFT structure 100. . Finally, the TFT structure 100 is completed by silicon etching. The silicon etching includes a source electrode 144,
Drain electrode 146, gate via 142, and patterned silicon nitride or silicon dioxide 148
This is to remove all a-Si: H other than the region covered by.

【0040】薄膜トランジスタに共通の問題として、ソ
ースおよびドレイン間の側壁の漏洩電流がある。この漏
洩電流は層18の側壁に残留した不純物によって生じる
ものである。従来のTFT構造(図1(a)、図1
(b)および図1(c))では、チャネル幅Wはドレイ
ン電極22およびソース電極24の幅で規定される。上
記各電極はチャネルにオーバラップしているため、活性
層の側壁は150の部分(図1(b))でオーバエッチ
ングされて、漏洩電流を減少させる。ソース領域とチャ
ネル間およびドレイン領域とチャネル間の電気的接触へ
の影響はない。この理由は、a−Si:H層のソースお
よびドレイン電極によってオーバラップされた部分で保
護されるためである。
A problem common to thin film transistors is the leakage current on the side wall between the source and the drain. This leakage current is caused by impurities remaining on the side wall of the layer 18. Conventional TFT structure (FIG. 1A, FIG.
In FIG. 1B and FIG. 1C, the channel width W is defined by the width of the drain electrode 22 and the source electrode 24. Since each of the electrodes overlaps the channel, the side wall of the active layer is over-etched at the portion 150 (FIG. 1B) to reduce the leakage current. There is no effect on the electrical contact between the source region and the channel and between the drain region and the channel. The reason for this is that the a-Si: H layer is protected at the portion overlapped by the source and drain electrodes.

【0041】しかしながら本発明によるTFTの場合
は、前記オーバエッチングはソース領域とチャネル間お
よびドレイン領域とチャネル間に電気的接触を起こさせ
る。この理由は、接点端部が保護されていない(すなわ
ち電極がオーバラップしていない)ためである。図11
(b)に示すように、保護層148をソース電極144
とドレイン電極146の両方を覆うように形成して前記
電極と放射フィルタ層112間の隙間が覆われるように
する。この後、オーバエッチングが進行しても、ソース
領域132とチャネル130間およびドレイン領域13
4とチャネル130間では電気的接触が起こらない。さ
らに、保護層148は、幅W方向では放射フィルタアイ
ランド112よりも若干狭く(例えば2〜5μm程度狭
く)形成されており、リソグラフィ時のマスク不整合を
避けるようにされている。リソグラフィのマスクが放射
フィルタアイランド112と整合しない場合は、層10
8は領域152でオーバエッチング(図11(c))さ
れない。この理由は、保護層148によって前記領域が
覆われるためである。つまり、オーバエッチングされる
領域152を層108中に設けることで、側壁漏洩電流
の発生原因である不純物が除去される。
However, in the case of the TFT according to the present invention, the over-etching causes electrical contact between the source region and the channel and between the drain region and the channel. This is because the contact ends are not protected (ie, the electrodes do not overlap). FIG.
As shown in (b), the protective layer 148 is formed on the source electrode 144.
And the drain electrode 146 so as to cover the gap between the electrode and the radiation filter layer 112. Thereafter, even if over-etching proceeds, the source region 132 and the channel 130 and the drain region 13
No electrical contact occurs between 4 and channel 130. Further, the protective layer 148 is formed slightly narrower (for example, narrower by about 2 to 5 μm) than the radiation filter island 112 in the width W direction, so as to avoid a mask mismatch at the time of lithography. If the lithographic mask is not aligned with the radiation filter island 112, the layer 10
8 is not over-etched in the region 152 (FIG. 11C). This is because the protective layer 148 covers the region. That is, by providing the region 152 to be over-etched in the layer 108, impurities which cause a side wall leakage current are removed.

【0042】図11(a)に明示したように、本構造中
のTFT構造100のソース電極144またはドレイン
電極146のいずれも金属ゲート電極102とはオーバ
ラップしていない。ソースおよびドレイン領域の端部は
チャネル端部に一致しており、すなわちチャネルとの
「自己整合」が行われている。ソース(およびドレイ
ン)接点のゲート接点上でのオーバラップに起因する寄
生容量Cgsが解消され、フィードスルー電圧の問題は完
全に解決される。したがって(図2の構成の画素66な
どの)画素における電圧特性は、図3の一点鎖線V
idealで示した理想特性に近似する。前述の工法により
製作した構造素子についての解析結果は上記理論解析を
裏付けている。
As shown in FIG. 11A, neither the source electrode 144 nor the drain electrode 146 of the TFT structure 100 in the present structure overlaps with the metal gate electrode 102. The ends of the source and drain regions coincide with the ends of the channel, ie, "self-aligned" with the channel. The parasitic capacitance C gs due to the overlap of the source (and drain) contacts on the gate contact is eliminated, and the problem of feedthrough voltage is completely solved. Thus, the voltage characteristics at the pixel (such as pixel 66 in the configuration of FIG. 2) are represented by the dash-dot
to approximate the ideal characteristics shown by the ideal. The analysis results for the structural element manufactured by the above-described method support the above theoretical analysis.

【0043】我々はレーザドーピングについていくつか
の研究を行ってきた。その中の一つにおいて、100n
mのa−Si:Hを減圧化学的気相成長法(LPCV
D)によって石英基板上に成膜した。ドーパントである
リンをXeClエキシマレーザを用いてレーザアブレー
ションにより基板から融除した。
We have done some research on laser doping. In one of them, 100n
m of a-Si: H is reduced by a low pressure chemical vapor deposition (LPCV) method.
A film was formed on a quartz substrate by D). Phosphorus as a dopant was ablated from the substrate by laser ablation using a XeCl excimer laser.

【0044】ドーピング効率およびドーピング深さはレ
ーザドーピング時のエネルギー密度に依存する。Si融
液中のリンの拡散係数は約10-4cm2/sであり、こ
の値は固相中の拡散速度である約10-11cm2/sに比
べて著しく早い。パルスレーザ照射時のSi薄膜の温度
上昇および照射後の同薄膜の温度低下は急峻であるた
め、液相中ではドーパント拡散は本質的に効率がよい。
レーザドーピングエネルギーが高くなる程、溶融の持続
時間が長くなると共に溶融深さが深くなり、この結果ド
ーピングレビルが高まると共にドーピング深さが深くな
る。図12に、レーザドーピングエネルギー密度に対す
るドーピング効率を測定した実験結果を示す。該エネル
ギーがSi表面を溶融させるしきい値である約150m
J/cm2を越えると、ドーピング効率はエネルギーの
増加にしたがって急速に高まる。350mJ/cm2
レーザドーピングエネルギー密度に等価なドーピング量
は一レーザパルス当たり約1.6×1014atom/c
2である。一般に、約101 4atom/cm2がTFT
のソースとドレイン領域の形成に必要な線量である。
The doping efficiency and the doping depth depend on the energy density during laser doping. The diffusion coefficient of phosphorus in the Si melt is about 10 −4 cm 2 / s, which is significantly faster than the diffusion rate in the solid phase of about 10 −11 cm 2 / s. Since the temperature rise of the Si thin film during the pulse laser irradiation and the temperature decrease of the same thin film after the irradiation are steep, the dopant diffusion in the liquid phase is essentially efficient.
The higher the laser doping energy, the longer the melting duration and the deeper the melting depth, resulting in a higher doping revel and a deeper doping depth. FIG. 12 shows an experimental result of measuring the doping efficiency with respect to the laser doping energy density. The energy is about 150 m, which is a threshold value for melting the Si surface.
Above J / cm 2 , the doping efficiency increases rapidly with increasing energy. The doping amount equivalent to the laser doping energy density of 350 mJ / cm 2 is about 1.6 × 10 14 atom / c per laser pulse.
m 2 . In general, about 10 1 4 atom / cm 2 is TFT
Is the dose required to form the source and drain regions.

【0045】図13は、ドーピング深さをレーザドーピ
ングエネルギー密度の関数としてプロットした図であ
る。ドーピング深さの挙動は、レーザエネルギー密度の
関数で表した時の溶融深さに類似している。一般に、固
化時に固相と液相の界面が表面に向かって移動する一方
でドーパントは反対方向に拡散する。この結果、ドーピ
ング深さは溶融深さより若干浅くなる。
FIG. 13 is a plot of doping depth as a function of laser doping energy density. The behavior of the doping depth is similar to the melting depth as a function of laser energy density. In general, during solidification, the solid-liquid interface moves toward the surface while the dopant diffuses in the opposite direction. As a result, the doping depth is slightly shallower than the melting depth.

【0046】我々は前述の種類の自己整合的TFTを多
数製作してきた。製作した構造のチャネル長は3〜10
μmの範囲のものである。前記構造の全幅は約15μm
である。レーザドーピングは、パルス数10〜100の
XeClレーザを用いて230〜250mJ/cm2
エネルギーで行った。これら構造における隙間Δxの変
動幅は1〜5μmであった。
We have produced a number of self-aligned TFTs of the type described above. Channel length of manufactured structure is 3-10
It is in the range of μm. The overall width of the structure is about 15 μm
It is. The laser doping was performed at an energy of 230 to 250 mJ / cm 2 using a XeCl laser having 10 to 100 pulses. The variation width of the gap Δx in these structures was 1 to 5 μm.

【0047】チャネルを長くした素子の場合は、従来の
TFTと同等のDC性能がみられた。図14に、本発明
によるチャネル長約10μmの自己整合的TFTの変換
特性を示す。レーザドーピングは、250mJ/cm2
のエネルギーでパルス数10のレーザを用いて行った。
ソースとドレイン間の電圧が10Vの時の、電界効果移
動度、しきい値電圧、しきい値以下での勾配、およびオ
フ状態での電流は従来のa−Si:H TFTと同様で
ある。
In the case of a device having a long channel, DC performance equivalent to that of a conventional TFT was observed. FIG. 14 shows the conversion characteristics of a self-aligned TFT having a channel length of about 10 μm according to the present invention. Laser doping is 250 mJ / cm 2
This was performed using a laser having a pulse number of 10 and an energy of 10.
When the voltage between the source and the drain is 10 V, the field-effect mobility, the threshold voltage, the gradient below the threshold, and the current in the off state are the same as those of the conventional a-Si: H TFT.

【0048】図15に、本発明によるチャネル長3μm
の自己整合的TFTの変換特性を示す。一般にチャネル
長が短くなると、図に示すように漏洩電流としきい値以
下での勾配が増加すると共にしきい値電圧が低下する。
しかしながら、移動度はこの小寸法化によって減少して
おらず、短チャネルTFTでのみかけの移動度は長チャ
ネルTFTに比べて小さいという一般通念に反してい
る。従来技術によって製作されたTFTと本発明によっ
て製作されたTFTとのチャネル長に対する移動度の比
較を図16に示す。従来技術によるTFTのデータは周
知の移動度曲線にしたがっており、つまり短チャネル素
子で比較的低い移動度が示されている。これは、短チャ
ネル素子の場合はチャネル抵抗に比べて接触抵抗が大き
いことによる。本発明によるTFTは短チャネル長の場
合もきわめて高い移動度を示しており、接触抵抗が無視
できることを示している。
FIG. 15 shows a channel length of 3 μm according to the present invention.
5 shows the conversion characteristics of the self-aligned TFT of FIG. In general, when the channel length is shortened, the leakage current and the gradient below the threshold value increase as shown in the figure, and the threshold voltage decreases.
However, the mobility is not reduced by the reduction in size, which is contrary to the general wisdom that the apparent mobility of the short channel TFT is smaller than that of the long channel TFT. FIG. 16 shows a comparison of mobility with respect to channel length between a TFT manufactured according to the related art and a TFT manufactured according to the present invention. Prior art TFT data follows a well-known mobility curve, i.e., shows relatively low mobility for short channel devices. This is because the contact resistance of the short channel element is larger than the contact resistance of the short channel element. The TFT according to the present invention shows extremely high mobility even in the case of a short channel length, indicating that the contact resistance is negligible.

【0049】図17(a)と図17(b)に、各々チャ
ネル長が10μmと3μmのTFTの出力特性を示す。
いずれの素子も明らかに電流の密集がなく、素子接点が
適当であることを示している。さらに接点の検討とし
て、異なるΔxをもつ類似のTFT内のオン状態の挙動
の比較を行った。図18に示すように、1〜5μmの範
囲では、Δxの寸法はTFTの挙動に影響を与えず、ソ
ースおよびドレイン電極のドーピング領域が十分なシー
ト抵抗を有していることを示している。したがって、ソ
ースおよびドレイン電極の厳密な位置合わせは、現行の
TFT製造工程において必須のものではない。
FIGS. 17A and 17B show output characteristics of TFTs having channel lengths of 10 μm and 3 μm, respectively.
None of the devices clearly had current crowding, indicating that device contacts were appropriate. Further, as a study of the contact, comparison was made of the on-state behavior in similar TFTs having different Δx. As shown in FIG. 18, in the range of 1 to 5 μm, the dimension of Δx does not affect the behavior of the TFT, indicating that the doped regions of the source and drain electrodes have sufficient sheet resistance. Therefore, exact alignment of the source and drain electrodes is not essential in current TFT manufacturing processes.

【0050】大半の表示装置の場合、画素用TFTは線
形領域で動作する。線形領域でのTFTの接触抵抗は出
力コンダクタンスの逆数で決まる。接触抵抗は素子の出
力抵抗の、チャネル長0における交点の値である。図1
9に、本発明による電極と従来公知の電極との接触抵抗
の比較を示す。本発明のTFTと従来のTFTとは、類
似したチャネル性質とゲート絶縁性をもつ。このため、
図19での各データに適合する両直線の勾配はほぼ等し
い。従来型電極とレーザ処理された電極の、チャネル幅
1μmに正規化したときの接触抵抗は各々16.2MΩ
・μmおよび0.76MΩ・μmである。レーザドーピ
ングされたソースおよびドレインのもつ低い接触抵抗に
よって高性能の短チャネルa−Si:H TFTが得ら
れる。
In most display devices, the pixel TFT operates in a linear region. The contact resistance of the TFT in the linear region is determined by the reciprocal of the output conductance. The contact resistance is the value of the intersection of the output resistance of the element at a channel length of zero. FIG.
FIG. 9 shows a comparison of the contact resistance between the electrode according to the present invention and a conventionally known electrode. The TFT of the present invention and the conventional TFT have similar channel properties and gate insulating properties. For this reason,
The slopes of both straight lines that fit each data in FIG. 19 are almost equal. The contact resistance of the conventional electrode and the laser-treated electrode when normalized to a channel width of 1 μm is 16.2 MΩ each.
.Mu.m and 0.76 M.OMEGA..mu.m. The low contact resistance of the laser-doped source and drain provides a high performance short channel a-Si: H TFT.

【0051】短チャネルTFTにより大面積表示装置に
おける充填比の向上が可能になる。TFTのオン電流は
チャネル長に対するチャネル幅の比に比例するため、充
填比の向上は一定のW/L(チャネル長に対するチャネ
ル幅の比)におけるチャネル長の減少の二乗に関係す
る。図11(a)および図11(b)に示す自己整合的
構造を用いることで、TFTのチャネル長を簡単に縮小
することができる。
The short-channel TFT makes it possible to improve the filling ratio in a large-area display device. Since the on-state current of a TFT is proportional to the ratio of the channel width to the channel length, the improvement in the filling ratio is related to the square of the decrease in the channel length at a constant W / L (the ratio of the channel width to the channel length). By using the self-aligned structure shown in FIGS. 11A and 11B, the channel length of the TFT can be easily reduced.

【0052】TFT寸法が小さくなった場合、表示装置
においていくつかの重要な課題が生じる。一つは短チャ
ネルTFTにおける電界効果移動度の問題である。先に
述べたように、チャネル長を長くした場合は接触抵抗を
チャネル抵抗よりも著しく小さくして、同等のTFTの
移動度を保つ必要がある。図20に、チャネル長が3μ
m、5μmおよび10μmの、レーザ処理されたa−S
i:H TFTの素子変換特性を測定した実験結果を示
す。明らかに、3μmの素子の飽和電流は10μmの素
子の飽和電流とほぼ同等である。
As the size of the TFT becomes smaller, some important problems arise in the display device. One is the problem of field effect mobility in short channel TFTs. As described above, when the channel length is increased, it is necessary to make the contact resistance significantly smaller than the channel resistance to maintain the same TFT mobility. FIG. 20 shows that the channel length is 3 μm.
m, 5 μm and 10 μm laser treated aS
The experimental results of measuring the device conversion characteristics of the i: H TFT are shown. Obviously, the saturation current of the 3 μm device is almost equal to the saturation current of the 10 μm device.

【0053】TFTの小型化に関するもう一つの課題
は、短チャネル効果に関することである。短チャネル効
果として、しきい値電圧の低下、オフ電流の増加、およ
びしきい値電圧以下での勾配の急峻さの減少等がある。
図20から明らかに、しきい値電圧以下での勾配および
しきい値電圧の減少はわずかであることがわかる。3μ
mの素子のオフ電流は約0.5pA/μmであり、この
電流は表示装置用として十分に低い値である。
Another problem relating to the miniaturization of TFTs relates to the short channel effect. Short channel effects include a decrease in threshold voltage, an increase in off-state current, and a decrease in steepness of a slope below the threshold voltage.
It is apparent from FIG. 20 that the slope below the threshold voltage and the decrease in the threshold voltage are small. 3μ
The off-state current of the m element is about 0.5 pA / μm, which is a sufficiently low value for a display device.

【0054】まとめると、図21に示すように本発明に
より半導体構造200が提供される。構造200は、第
一の面204に形成されたゲート領域202であって、
第一のゲート端面208に位置した第一のゲート端20
6と第二のゲート端面212に位置した第二のゲート端
210をもち、前記第一のゲート端面208と前記第二
の端面212は通常第一の面204と直交するものであ
るゲート領域202と、前記第一のゲート端面208に
位置した第一のソース端216をもつソース領域214
であって、前記第一のソース端216がゲート領域20
2に隣接して、ただしオーバラップはしないようにされ
たソース領域214と、前記第二のゲート端面212に
位置した第一のドレイン端220をもつドレイン領域2
18であって、前記第一のドレイン端220がゲート領
域202に隣接して、ただしオーバラップはしないよう
にされたドレイン領域218、およびソース領域214
とドレイン領域218間に位置した放射フィルタアイラ
ンド222を含む。
In summary, the present invention provides a semiconductor structure 200 as shown in FIG. The structure 200 is a gate region 202 formed on a first surface 204,
First gate end 20 located on first gate end surface 208
6 and a second gate end 210 located on a second gate end surface 212, wherein the first gate end surface 208 and the second end surface 212 are generally orthogonal to the first surface 204. And a source region 214 having a first source end 216 located at the first gate end surface 208.
Wherein the first source end 216 is
Drain region 2 having a source region 214 adjacent to, but not overlapping with, a first drain end 220 located at the second gate end surface 212.
18, wherein the first drain end 220 is adjacent to the gate region 202, but without overlapping, and the drain region 218 and the source region 214.
And a radiation filter island 222 located between the drain region 218 and the drain region 218.

【0055】さらに、構造200は、第一のゲート端面
208にほぼ平行な面228に位置した第一のソース電
極端226をもつソース電極224であって、該第一の
ソース電極端226は、第一のゲート端面208から間
隔(例えば5μm)を置いたものであるソース電極22
4を備え、さらに前記第二のゲート端面212にほぼ平
行な面234に位置した第一のドレイン電極端232を
もつドレイン電極230であって、前記第一のドレイン
電極端232は前記第二のゲート端面212から間隔
(例えば5μm)を置いたものであるドレイン電極23
0を備える。この構造において、ソース電極224また
はドレイン電極230のいずれもゲート領域202にオ
ーバラップしていない。
Further, the structure 200 is a source electrode 224 having a first source electrode end 226 located on a plane 228 substantially parallel to the first gate end surface 208, wherein the first source electrode end 226 is A source electrode 22 spaced (eg, 5 μm) from the first gate end surface 208
4 and a drain electrode 230 having a first drain electrode end 232 located on a surface 234 substantially parallel to the second gate end surface 212, wherein the first drain electrode end 232 is Drain electrode 23 spaced (eg, 5 μm) from gate end surface 212
0 is provided. In this structure, neither the source electrode 224 nor the drain electrode 230 overlap the gate region 202.

【0056】本発明によるレーザドーピング法によって
製作されたTFTに関する材料の性質および素子特性に
ついて説明を行った。レーザドーピング法によって、高
いドーピング効率で、a−Si:H TFTのソースお
よびドレイン領域を形成する実用的方法が得られる。レ
ーザドーピングされたソースおよびドレインの接触抵抗
は従来方法でドーピングされたa−Si:H電極よりも
約20倍小さい。この低い接触抵抗により、チャネル長
が短くなった場合においてもTFTの電界効果移動度を
保持することができる(わずかに短チャネル効果が3μ
mの素子の場合にみられる)。3μmのTFTのオフ電
流は十分に低く、画素スイッチの要求仕様を満たし得る
ものである。
The material properties and device characteristics of a TFT manufactured by the laser doping method according to the present invention have been described. Laser doping provides a practical method for forming source and drain regions of a-Si: H TFTs with high doping efficiency. The contact resistance of the laser-doped source and drain is about 20 times lower than a conventionally doped a-Si: H electrode. Due to this low contact resistance, the field effect mobility of the TFT can be maintained even when the channel length is shortened (the short channel effect is slightly reduced by 3 μm).
m). The off current of the 3 μm TFT is sufficiently low, and can satisfy the required specifications of the pixel switch.

【0057】具体的ないくつかの実施形態により発明の
説明を行ったが、本発明の範囲内で従来技術により種々
の代替や、修正および変形が可能なことは明らかであ
る。例えば、前述したTFTの活性層は無ドーピングの
真性a−Si:Hであったが、この活性層にドーピング
を行って所望のTFT特性を得ることもできる。したが
って、本発明は例示した実施形態に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲およびそれに同等する内容の範囲
内にあり、前記代替や修正および変形等をすべて含むも
のと考える。
Although the invention has been described with reference to several specific embodiments, it is apparent that various alternatives, modifications and variations can be made by the prior art within the scope of the present invention. For example, although the active layer of the above-described TFT is undoped intrinsic a-Si: H, the active layer may be doped to obtain desired TFT characteristics. Therefore, it is not intended that the invention be limited to the illustrated embodiment, but that it is within the scope of the appended claims and equivalents thereof, including all such alternatives, modifications and variations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 従来技術による薄膜トランジスタの概略図で
ある。
FIG. 1 is a schematic view of a thin film transistor according to the prior art.

【図2】 従来技術による薄膜トランジスタと画素を含
むセルアレー中の一セルの概略回路図である。
FIG. 2 is a schematic circuit diagram of one cell in a cell array including a thin film transistor and a pixel according to the related art.

【図3】 図2に示したセル内の各電圧を時間の関数と
して示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing each voltage in the cell shown in FIG. 2 as a function of time.

【図4】 本実施形態のTFTの、製造工程の初期段階
における概略図である。
FIG. 4 is a schematic view of the TFT of the present embodiment in an initial stage of a manufacturing process.

【図5】 本実施形態のTFTの、製造工程の中間段階
における概略図である。
FIG. 5 is a schematic view of the TFT of the present embodiment at an intermediate stage of the manufacturing process.

【図6】 本実施形態のTFTの、製造時でのレーザド
ーピング処理進行中の状態を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which a laser doping process is in progress at the time of manufacturing the TFT of the present embodiment.

【図7】 本実施形態の放射フィルタアイランドの部分
断面図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a radiation filter island of the present embodiment.

【図8】 放射フィルタアイランドの反射率を該アイラ
ンドを含む層対の数の関数としてプロットした図であ
る。
FIG. 8 is a plot of the reflectivity of a radiation filter island as a function of the number of layer pairs containing the island.

【図9】 モデル化された放射フィルタアイランドの反
射率をある波長域でプロットした図である。
FIG. 9 is a diagram in which the reflectance of a modeled radiation filter island is plotted in a certain wavelength range.

【図10】 本実施形態のTFTの、完成前の段階での
概略図である。
FIG. 10 is a schematic diagram of a TFT of the present embodiment before completion.

【図11】 本実施形態のTFTの完成後の断面図であ
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view after completion of the TFT of the present embodiment.

【図12】 本実施形態のレーザドーピング処理におけ
るレーザドーピングエネルギー密度に対するドーピング
効率を測定した実験結果をプロットした図である。
FIG. 12 is a diagram plotting experimental results obtained by measuring the doping efficiency with respect to the laser doping energy density in the laser doping process of the present embodiment.

【図13】 本実施形態のレーザドーピング処理におけ
るレーザドーピングエネルギー密度の関数としてドーピ
ング深さをプロットした図である。
FIG. 13 is a diagram plotting the doping depth as a function of the laser doping energy density in the laser doping process of the present embodiment.

【図14】 本実施形態のチャネル長約10μmの自己
整合的TFTの変換特性を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing conversion characteristics of a self-aligned TFT having a channel length of about 10 μm according to the present embodiment.

【図15】 本実施形態のチャネル長約3μmの自己整
合的TFTの変換特性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing conversion characteristics of a self-aligned TFT having a channel length of about 3 μm according to the present embodiment.

【図16】 従来技術によって製作されたTFTと本発
明によって製作されたTFTのチャネル長に対する移動
度を比較した図である。
FIG. 16 is a graph comparing mobility of a TFT manufactured according to the related art with a channel length of a TFT manufactured according to the present invention.

【図17】 チャネル長10μmのTFTとチャネル長
3μmのTFTの出力特性を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing output characteristics of a TFT having a channel length of 10 μm and a TFT having a channel length of 3 μm.

【図18】 ソースまたはドレイン電極と放射フィルタ
アイランドとの間の隙間Δxが1μm、3μmおよび5
μmであるTFTの、ソースとドレイン間の電流に対す
るゲート電圧をプロットした図である。
FIG. 18 shows that the gap Δx between the source or drain electrode and the radiation filter island is 1 μm, 3 μm and 5 μm.
FIG. 9 is a diagram in which a gate voltage is plotted against a current between a source and a drain of a TFT having a thickness of μm.

【図19】 本実施形態の電極と従来公知の電極の接触
抵抗を比較した図である。
FIG. 19 is a diagram comparing the contact resistance between the electrode of the present embodiment and a conventionally known electrode.

【図20】 チャネル長が3μm、5μmおよび10μ
mであるレーザ処理されたa−Si:H TFTの素子
変換特性を測定した実験結果を示す図である。
FIG. 20 shows channel lengths of 3 μm, 5 μm and 10 μm
It is a figure showing the experimental result which measured element conversion characteristics of a-Si: H TFT which carried out laser processing which is m.

【図21】 本実施形態のTFTの断面図である。FIG. 21 is a sectional view of a TFT according to the present embodiment.

【図22】 本実施形態のガス侵入式(ガスイマージョ
ン)レーザドーピング法におけるTFTの断面図であ
る。
FIG. 22 is a sectional view of a TFT in a gas intrusion (gas immersion) laser doping method of the present embodiment.

【図23】 本実施形態の表面堆積ドーピング種のレー
ザ支援ドーピング法におけるTFTの断面図である。
FIG. 23 is a cross-sectional view of a TFT in a laser-assisted doping method of a surface deposition doping species of the present embodiment.

【図24】 本実施形態のドーパント注入法におけるT
FTの断面図である。
FIG. 24 shows T in the dopant implantation method of the present embodiment.
It is sectional drawing of FT.

【図25】 本実施形態のドーパント注入法におけるア
ニール工程でのTFTの断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view of the TFT in an annealing step in the dopant implantation method of the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 薄膜トランジスタ、12 基板、14 ゲート金
属、16 ゲート絶縁層、18 活性層、20 表面保
護用アイランド、22 ドレイン電極、24ソース電
極、26 隙間(チャネル)、28,30 オーバラッ
プ、50 セル、52 薄膜トランジスタ(TFT)、
54 ゲート、56 ドレイン、58ソース、60 ゲ
ートライン、62 データライン、64 キャパシタ、
66画素、100 TFT構造、102 金属ゲート電
極、104 透明基板、106 ゲート絶縁層、108
a−Si:H層、110 放射フィルタ層、112フ
ィルタアイランド、114 ソース薄膜、116 上側
表面、118 担持体、120 隙間、126,152
領域、130 チャネル、132 ソース領域、13
3,139 注入領域、134 ドレイン領域、135
アイランド112中の一部、136 二酸化シリコン
(酸化物層)、138 窒化シリコン(窒化物層)、1
44 ソース電極、146 ドレイン電極、148 窒
化シリコンまたは二酸化シリコン、142 ゲートビ
ア、180 真空セル、182石英窓、186 固体ド
ーピング種供給源層、200 半導体構造、202 ゲ
ート領域、204 第一の面、206 第一のゲート
端、208 第一のゲート端面、210 第二のゲート
端、212 第二のゲート端面、214 ソース領域、
216 第一のソース端、218 ドレイン領域、22
0 第一のドレイン端、222 放射フィルタアイラン
ド、224 ソース電極、226 ソース電極端、23
0 ドレイン電極、232 ドレイン電極端。
Reference Signs List 10 thin film transistor, 12 substrate, 14 gate metal, 16 gate insulating layer, 18 active layer, 20 surface protection island, 22 drain electrode, 24 source electrode, 26 gap (channel), 28, 30 overlap, 50 cell, 52 thin film transistor (TFT),
54 gate, 56 drain, 58 source, 60 gate line, 62 data line, 64 capacitor,
66 pixels, 100 TFT structure, 102 metal gate electrode, 104 transparent substrate, 106 gate insulating layer, 108
a-Si: H layer, 110 radiation filter layer, 112 filter island, 114 source thin film, 116 upper surface, 118 carrier, 120 gap, 126, 152
Region, 130 channels, 132 source regions, 13
3,139 injection region, 134 drain region, 135
136 silicon dioxide (oxide layer), 138 silicon nitride (nitride layer),
44 source electrode, 146 drain electrode, 148 silicon nitride or silicon dioxide, 142 gate via, 180 vacuum cell, 182 quartz window, 186 solid doping species source layer, 200 semiconductor structure, 202 gate region, 204 first surface, 206 One gate edge, 208 first gate edge, 210 second gate edge, 212 second gate edge, 214 source region,
216 first source end, 218 drain region, 22
0 first drain end, 222 radiation filter island, 224 source electrode, 226 source electrode end, 23
0 Drain electrode, 232 Drain electrode end.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レニ エイ ルジャン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サニ ーベール ウェスト デューン アベニュ ー 115 (72)発明者 ジェイムス ビー ボイス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 ロス アルトス ルッセル アベニュー 1036 (72)発明者 クリストファー エル チュー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マウ ンテン ビュー エスキュール アベニュ ー 234 アパートメント 110 (72)発明者 ミカエル ジー ハック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 マウ ンテン ビュー マウンテン ビュー ア ベニュー 372 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Reni Eyle Jean United States of America Sunnyvale West Dune Ave. 115 (72) Inventor James B. Bois United States of America Los Altos Russell Avenue 1036 (72) Inventor Christopher El Chu United States of America Mountain View Esquire Avenue 234 Apartment, California 110 (72) Inventor Michael G. Hack USA Mountain View Ave, Mountain View California 372

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された活性層を有する半導
体構造の形成方法であって、 前記活性層の第一の領域上に放射フィルタを設置するス
テップと、 前記活性層と前記放射フィルタ中の少なくとも一部上に
ドーパント原子供給源を設置するステップと、 前記ドーパント原子供給源と前記活性層との両方の領域
へ前記活性層に向かって光照射し、この光照射により前
記ドーパント原子供給源から供給されたドーパント原子
が、照射された領域に対応する領域内であって、前記第
一の領域以外の領域内である活性層に入るようにし、そ
れによって第一のドーピング領域および第二のドーピン
グ領域を前記活性層中に形成するステップと、を含み、 前記半導体構造が、第一のゲート端面に形成された第一
の端部と第二のゲート端面に形成された第二の端部とを
もつゲート電極を含み、 前記形成方法が、さらに、前記第一のゲート端面にソー
ス領域端をもつソース領域として前記第一のドーピング
領域を形成するステップと、前記第二のゲート端面にド
レイン領域端をもつドレイン領域として前記第二のドー
ピング領域を形成するステップと、を含むことを特徴と
する半導体構造の形成方法。
1. A method for forming a semiconductor structure having an active layer formed on a substrate, comprising: providing a radiation filter on a first region of the active layer; Disposing a dopant atom source on at least a portion of; and irradiating both the dopant atom source and the active layer with light toward the active layer, and applying the light to the dopant atom source. From the active layer in a region corresponding to the irradiated region and in the region other than the first region, whereby the first doping region and the second doping region. Forming a doping region in the active layer, wherein the semiconductor structure is formed at a first end formed at a first gate end and at a second gate end. Forming a first doping region as a source region having a source region end on the first gate end surface, the method further comprising: Forming the second doping region as a drain region having a drain region end at a gate end surface.
【請求項2】 半導体構造の形成方法であって、 基板上に、第一のゲート端面に形成された第一の端部と
第二のゲート端面に形成された第二の端部をもつゲート
電極を形成するステップと、 前記ゲート電極上に活性層を形成するステップと、 前記活性層上に放射フィルタ層を形成するステップと、 前記放射フィルタ層上にフォトレジスト層を形成するス
テップと、 前記ゲート電極がマスクとなり前記フォトレジストの露
光を制限し、前記基板、前記活性層および前記放射フィ
ルタ層を順に貫通してフォトレジスト層の一部を露光す
るステップと、 前記フォトレジストの露光部に接する前記放射フィルタ
層の部分と共に、前記フォトレジストの露光部を除去し
て、前記第一のゲート端面に第一のアイランド端をも
ち、且つ、前記第二のゲート端面に第二のアイランド端
をもつ放射フィルタアイランドを形成するステップと、 イオン注入によって、ドーパント原子を前記活性層中の
第一および第二のドーピング領域に注入するステップで
あって、該注入において前記放射フィルタが該フィルタ
下部へのイオン注入を防止するマスクとして機能して前
記第一のドーピング領域および第二のドーピング領域の
範囲を規定するステップと、 前記半導体構造に光照射して前記第一および第二のドー
ピング領域をアニールし、それによって前記活性層中
に、前記第一のゲート端面にソース領域端をもつソース
領域と前記第二のゲート端面にドレイン領域端をもつド
レイン領域を形成するステップと、を含むことを特徴と
する半導体構造の形成方法。
2. A method for forming a semiconductor structure, comprising: a gate having a first end formed on a first gate end and a second end formed on a second gate end on a substrate. Forming an electrode; forming an active layer on the gate electrode; forming a radiation filter layer on the active layer; forming a photoresist layer on the radiation filter layer; Using a gate electrode as a mask to limit exposure of the photoresist, exposing a portion of the photoresist layer through the substrate, the active layer, and the radiation filter layer in order; contacting the exposed portion of the photoresist; The exposed portion of the photoresist is removed together with the portion of the radiation filter layer, the first gate end surface has a first island end, and the second gate Forming a radiation filter island having a second island end on an end face; and implanting dopant atoms into first and second doping regions in the active layer by ion implantation, wherein the implantation comprises A radiation filter functioning as a mask for preventing ion implantation into the lower portion of the filter, defining a range of the first doping region and the second doping region; Annealing a second doping region to thereby form a source region having a source region end at the first gate end surface and a drain region having a drain region end at the second gate end surface in the active layer. And a method for forming a semiconductor structure.
【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の半導体
構造の形成方法であって、 前記ソース領域と電気的接続を行うソース電極と、前記
ドレイン領域と電気的接続を行うドレイン電極とを形成
するステップを含み、前記ソース電極は前記第一のゲー
ト端面にほぼ平行な面に位置したソース電極端をもつよ
うに形成され、前記ソース電極端は前記第一のゲート端
面から5μm以内の距離を置いて形成され、さらに前記
ドレイン電極は前記第二のゲート端面にほぼ平行な面に
位置したドレイン電極端をもつように形成され、前記ド
レイン電極端は前記第一のゲート端面から5μm以内の
距離を置いて形成され、前記ソース電極と前記ドレイン
電極の他の部分は前記ゲート領域とオーバラップしない
ように形成されることを特徴とする半導体構造の形成方
法。
3. The method for forming a semiconductor structure according to claim 1, wherein a source electrode electrically connected to the source region and a drain electrode electrically connected to the drain region. Forming, wherein the source electrode is formed to have a source electrode end located in a plane substantially parallel to the first gate end surface, wherein the source electrode end is within a distance of 5 μm from the first gate end surface. And the drain electrode is formed so as to have a drain electrode end positioned substantially parallel to the second gate end surface, and the drain electrode end is within 5 μm from the first gate end surface. A source electrode and the drain electrode are formed so as not to overlap with the gate region. Forming method.
【請求項4】 請求項2記載の半導体構造の形成方法で
あって、 前記フォトレジストの露光が波長約400nmの紫外光
によって行われ、前記光照射が波長約308nmの光で
行われることを特徴とする半導体構造の形成方法。
4. The method according to claim 2, wherein the exposure of the photoresist is performed by ultraviolet light having a wavelength of about 400 nm, and the light irradiation is performed by light having a wavelength of about 308 nm. A method for forming a semiconductor structure.
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